基于飞思卡尔单片机自动循迹小车控制的设计
摘 要
随着我国的电子科技的不断发展，我们生活中的自动化设备越来越多，也为嵌入式在智能化上的研究提供了一个广阔的平台。
本系统以MK60DN512VMD100微控制器为核心控制单元，选用OV7620 CMOS模拟摄像头检测赛道信息， 高速AD转换芯片选用 TCL5510，将提取后的灰度图像进行软件二值化，进而提取赛道信息；用光电编码器实时检测小车的实时速度，采用PID控制算法调节电机的速度以及舵机转向，从而实现速度和方向的闭环控制。
关键字：MK60DN512VMD100，OV7620 CMOS，软件二值化，PID
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基于飞思卡尔单片机自动循迹小车控制的设计
Abstract
With
the continuous development of electronic technology, more and more
automation equipment into the production life of the people, the rapid development of embedded intelligent study provides a broader platform.
In this paper, the design of intelligent vehicle system MK60DN512VMD100 microcontroller as the core control unit, the selection of OV7620 CMOSanalog cameras to detect the track information, to using TCL5510 high-speed AD converter chip, software binarization image, extract the white guide line for identification of the track information; optical encoder to detect the real-time speed of the model car, using the PID control algorithm to adjust the speed of the drive motor and steering the angle of the steering gear, in order to achieve closed-loop control of velocity and direction of the model car.
Keywords: MK60DN512VMD100，OV7620 CMOS，software binarization, PID - II -
基于飞思卡尔单片机自动循迹小车控制的设计
目 录
摘 要 .............................................................................................................................. I Abstract .................................................................................................................................. II 1前言 .................................................................................................................................... 1 1.1 设计的背景以及意义 .................................................................................................... 1
1.2 智能小车国内外概况 ............................................................................................. 1
1.2.1国内研究的概况 ............................................................................................ 1 1.2.2 国外研究概况 ............................................................................................... 2 1.3智能小车的发展前景 .............................................................................................. 2 2 飞思卡尔单片机自动循迹小车系统设计总方案 ........................................................... 3
2.1 系统硬件部分 ......................................................................................................... 3 2.2 系统软件部分 ......................................................................................................... 4 3 智能车硬件系统 ............................................................................................................... 5
3.1 单片机最小系统 ..................................................................................................... 5
3.1.1 PIT定时器模块 ............................................................................................. 6 3.1.2 PWM 模块 ..................................................................................................... 6 3.1.3 I/O模块 .......................................................................................................... 7 3.1.4 时钟电路 ....................................................................................................... 7 3.1.5 复位电路 ....................................................................................................... 7 3.1.6 JTAG接口电路 .............................................................................................. 8 3.2 电机驱动模块 ......................................................................................................... 8 3.3路径识别摄像头检测模块 ...................................................................................... 9
3.3.1 摄像头的选择 ............................................................................................... 9 3.3.2 摄像头简介 ................................................................................................. 10 3.4 速度检测模块 ....................................................................................................... 10 3.5 舵机模块 ............................................................................................................... 10 3.6电源管理模块 ........................................................................................................ 10
3.6.1 3.3V电源 ..................................................................................................... 11 3.6.2 5V电源 ..................................................................................................... 11
4 软件系统的设计与实现 ................................................................................................. 12
4.1赛道信息的提取 .................................................................................................... 12 4.2 PID算法介绍 ......................................................................................................... 12
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基于飞思卡尔单片机自动循迹小车控制的设计
4.2.1 位置式 PID ................................................................................................. 13 4.2.2 增量式 PID ................................................................................................. 14 4.2.3 PID 参数整定 .............................................................................................. 14 4.3转向舵机的控制方法 ............................................................................................ 15
4.3.1 舵机的工作原理 ......................................................................................... 15 4.3.2 舵机的 PID 控制 ....................................................................................... 15
5 开发平台介绍 ................................................................................................................. 19
5.1 IAR Embedded Workbench IDE简介 ................................................................... 19 5.2 IAR Embedded Workbench的功能及特点 ........................................................... 19 5.3 硬件开发平台Altium Designer ........................................................................... 22 6结 论 .............................................................................................................................. 23 参 考 文 献 ....................................................................................................................... 24 致 谢 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 附录1电路原理图 ............................................................................................................. 26 附录2 PCB图 ..................................................................................................................... 27 附录3 元件清单 ................................................................................................................ 28 附录5 部分程序源代码 .................................................................................................... 29
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基于飞思卡尔单片机自动循迹小车控制的设计
1前言
1.1 设计的背景以及意义
在现代社会，汽车逐渐走进每个平民的家庭生活中，汽车行业发展迅速，同时交通事故也大大增多，每一分钟都有人死于车祸。近几年智能系统的发展迅速，智能车的研究成为了当下的研究热点。智能汽车研究涉及了很多领域，最直接的表现是要实现汽车的自动驾驶。要实现自动驾驶就离不开智能化系统的设计，同时要求智能车能感知周围的环境。一旦智能车投入使用，就会降低当前社会交通事故的发生率，同时能够大大提高现有交通道路的使用效率，并且能在一定程度上缓解能源危机的到来，降低广大人民的劳动强度，给人们一个更好的未来。
1.2 智能小车国内外概况
1.2.1国内研究的概况
我国在智能车的研究中投入了大量的资金和精力，为了能够培养出自己的研究骨干，在教育部的牵头下，我国组织了智能小车的高校比赛，以此来培养最基本的研究人才，这也符合我国的人才强国战略。这项比赛用的是飞思卡尔公司产的芯片，第一届比赛在清华大学举办，得到了各大高校的积极响应，取得了良好的效果。该项比赛，韩国有丰富的经验，他们已举办多届此类比赛。因为此项比赛涉及到了很多专业知识，尤其是必须要掌握自动控制、电子、计算机等多个领域的知识，所以能够提高大学生的知识水平。另外，比赛还可以提高学生的动手能力，弥补现在教育的弊端。
前两届比赛中组委会统一规定了赛车的模型，微型控制器选用当时最流行的16位微型控制器MC9S12DG128，该控制器为飞思卡尔公司生产，性能优良，功能可靠。现在比赛最常用的是32位的Kinetis系列，主要包括Kinetis E,EA,M，L等系列、32位的MPC56xx系列、32位的Kinetis(ARM? CortexTM-M4），主要包括Kinetis W，K等系列、16位的9S12系列、32位的DSC系列、ColdFire系列和8位的单片机系列（可使用两片）。
飞思卡尔赛车比赛规定各队在符合条件规定的情况下，赛车跑完全程时间最短者获胜，我国在2007年的比赛中首次打败了韩国队，终止了其七连冠的记录。我国已经成功的举办了10次该项比赛，参加比赛的学校大概已经有300所，它们来自全国各地，分布在30个省市、自治区。飞思卡尔比赛在我国已经办了多年，参赛队伍逐年增加，技术也相当成熟，学生们发挥自己的想象力，在原有技术上进行了大胆创新，取得了不错的效果。现在一些早期的学生已经投入到实际的智能汽车的研究之中。
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